II – MATERIAL E MÉTODOS

O presente estudo compreendeu etapas de campo, laboratório e escritório.

Para o desenvolvimento do trabalho, inicialmente, foram realizadas revisões bibliográficas e levantamento de dados secundários necessários ao trabalho, como bases cartográficas e dados acerca da qualidade da água na microbacia e imagens de satélite disponíveis.

2.1 – Seleção da Área em Estudo

A seleção da microbacia do ribeirão Mestre D’Armas para o estudo proposto foi embasada no estudo realizado por Bilich e Lacerda (2005) que avaliou qualidade da água nas trinta captações de água operadas pela Companhia de Saneamento do Distrito Federal - DF, entre os anos de 1993 e 2004. O estudo constatou que as captações Mestre D’Armas e Pipiripau apresentaram os maiores problemas na qualidade da água no período estudado.

Além disso, a área selecionada apresenta usos e ocupações diversificados das terras e possui seis pontos de captação de água para o abastecimento público do Distrito Federal, com monitoramento periódico da qualidade da água. Esses pontos de captação localizam-se nos córregos Brejinho, Fumal, Corguinho e Quinze e nos ribeirões Pipiripau e Mestre D’Armas.

Em função da diversidade do uso e ocupação das terras, a microbacia em estudo foi subdividida em sub-microbacias, que englobam a área de drenagem correspondente a cada ponto de captação de água em análise.

As sub-microbacias correspondentes a cada captação foram individualizadas para possibilitar o estudo da qualidade da água em cada captação e possibilitar a determinação do uso e ocupação das terras.

2.1.1 – Agrupamento das Sub-microbacias

Com a avaliação expedita das áreas ocupadas por cada classe de uso e ocupação das terras em cada sub-microbacia, e por meio de análises visuais de imagens de satélite e campanhas de campo, as seis captações em estudo foram classificadas em dois grupos, um referente às sub-microbacias com ocupação das terras predominantemente antrópico, ou seja,

córregos Fumal, Brejinho e Corguinho e outro grupo referente às sub-microbacias com cobertura de vegetação nativa, ocupando área superior à 60%, sendo as captações localizadas nos ribeirões Pipiripau e Mestre D’Armas e córrego Quinze.

Esse agrupamento foi feito de maneira a facilitar o entendimento e discussão dos resultados obtidos.

2.2 – Caracterização da Área de Estudo 2.2.1 – Localização

A microbacia do ribeirão Mestre D’Armas localiza-se na porção nordeste do Distrito Federal e possui uma área de 46.144,98 ha e está delimitada pelas seguintes coordenadas UTM (fuso 23): 219188,00 m a 235192,00 m e 8278085,40 m a 8272331,20 m.

A localização das sub-microbacias, bem como os pontos de captação de água em estudo da Companhia de Saneamento Ambiental do Distrito Federal - CAESB estudados, ou seja: Mestre D’Armas, Corguinho, Fumal, Brejinho, Quinze e Pipiripau, podem ser observadas na figura 1.

Todos os pontos em estudo localizam-se na APA do rio São Bartolomeu, que pertence à bacia hidrográfica do Paraná, cuja área de drenagem é representada por 62, 5% da área do Distrito Federal (Campana et al, 1998). A região hidrográfica do Paraná apresenta grande importância no contexto nacional, pois envolve 32% da população nacional e o maior desenvolvimento econômico do país.

2.2.2 – Clima

O clima predominante na região de estudo, segundo a classificação de Köppen, enquadra-se entre “tropical de savana” e “temperado chuvoso de inverno seco”, com concentração da precipitação pluviométrica no verão. É caracterizado pela existência de duas estações:

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Figura 1 – Mapa de localização da microbacia do ribeirão Mestre D’Armas, com individualização das sub-microbacias das

uma chuvosa e quente, uma que se inicia no mês de outubro e termina em abril e outra, fria e seca, que se estende de maio a setembro (Martins, 1998).

As precipitações variam entre 1.500 e 2.000 mm anuais, sendo a média em torno de 1.600 mm, alcançando em janeiro o seu maior índice pluviométrico (320 mm/mês) e durante os meses de junho, julho e agosto, chegando à média mensal total da ordem de 50 mm (Embrapa, 1978).

A umidade relativa do ar cai de valores superiores a 70% no início da seca, para menos de 20% no final do período.

O regime térmico médio é do tipo tropical e oscila entre 19° e 22°C. A temperatura média na região tende a um leve aumento de janeiro a março, decai nos meses de junho e julho, nos quais se registram os menores valores médios de temperatura. As temperaturas absolutas mínimas de até 2º C e máximas de 33º C já foram registradas, respectivamente, no inverno e no início do verão (Baptista, 1998).

2.2.3 – Geologia

O Distrito Federal (DF) está geologicamente localizado no setor oriental da Província Estrutural do Tocantins, mais especificamente na porção centro sul da Faixa de Dobramentos Brasília. Quatro conjuntos litológicos distintos compõem o contexto geológico regional do DF: os Grupos Araxá, Bambuí, Paranoá, Canastra e suas respectivas coberturas de solos residuais ou coluvionares (Freitas-Silva e Campos, 1998).

O Grupo Paranoá ocupa cerca de 65% da área total do DF, sendo possível caracterizar sete unidades litoestratigráficas correlacionáveis, da base para o topo, com as seqüências deposicionais Q2, S, A, R3, Q3, R4 e PC (Campos, 2004 e Martins, 1998):

- Unidade Q2: caracterizada por quartzitos médios com leitos conglomeráticos em direção ao topo do pacote sedimentar;

- Unidade S: composta basicamente por metassiltitos maciços e metarritmitos arenosos próximos ao topo da seqüência;

- Unidade A: fácies Ardósia é constituída de ardósias roxas e vermelhas, com bandas brancas;

- Unidade R3: metarritimitos caracterizados por intercalações irregulares de quartizitos finos, brancos e laminados com camadas de metassiltitos, metalamitos e metassiltitos argilosos;

- Unidade Q3: composta por quartzitos finos a médios, brancos ou rosados, silicificados e intensamente fraturados;

- Unidade R4: metarritmitos argilosos ocorrem sobrepondo a unidade Q3. Esses são constituídos por intercalações regulares de quartzitos e metapelitos, com espessuras bastante regulares da ordem de 1 a 3 cm;

O Grupo Canastra ocupa cerca de 15 % da área total do DF, sendo distribuído pelos vales dos rios São Bartolomeu e Maranhão. O Grupo é constituído por rochas metamórficas de baixo grau, do fácies xisto verde, composto predominantemente por filitos com ocasionais lentes de quartzitos. Esta unidade aflora, continuamente, por mais de 650 quilômetros desde o sudoeste de Minas Gerais até a região sudeste de Goiás, ocorrendo predominantemente na porção centro-norte do Distrito Federal.

O Grupo Canastra é subdividido em três formações: Serra do Landim, Paracatu e Chapada dos Pilões (Freitas-Silva e Dardenne, 1994).

Formação Serra do Landim - Constituída por calcita-dolomita-clorita-sericita filito, em geral apresentando-se ritmicamente bandado (Madalosso e Valle, 1978)

Formação Paracatu - Constituída por filitos (filitos carbonosos e sericita-clorita-quartzo filitos) com intercalações de quartzitos e ocasionalmente mármores, que ocorrem nas imediações da cidade de Paracatu, no estado de Minas Gerais, estendendo-se até o Distrito Federal (Freitas-Silva e Dardenne, 1994)

Formação Chapada dos Pilões - Constituída por intercalações decimétricas a decamétricas de quartzo-sericita-clorita filitos e quartzitos variados.

De acordo com a figura 2, a área da microbacia do ribeirão Mestre D’Armas abrange dois Grupos geológicos, o Canastra e o Paranoá. Nas sub-microbacias do Pipiripau, Quinze e Corguinho há o predomínio de metarritimitos arenosos do Grupo Paranoá. Nas sub- microbacias do Fumal e Brejinho há o predomínio de metarritmitos argilosos, também do Grupo Paranoá. Na porção noroeste da bacia do Fumal há uma pequena ocorrência de litologias psamo-pelitíticas carbonatadas pertencente ao Grupo Canastra. Já na microbacia da captação Mestre D’Armas há uma maior diversidade de rochas: metarritimitos arenosos, metarritmitos argilosos e litologias psamo-pelitíticas carbonatadas relacionadas ao Grupo Paranoá.

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2.2.4 – Distribuição de Solos

Segundo Embrapa (1978) e confirmado por Martins (1998), o Distrito Federal apresenta três classes de solos mais importantes, o Latossolo Vermelho, o Latossolo Vermelho-Amarelo e o Cambissolo, tendo estas classes de solo uma representatividade territorial de 85,5 %.

Os Latossolos representam 54,5% da área do Distrito Federal. Os Latossolos Vermelhos ocorrem principalmente nos topos das chapadas principais, ao longo dos divisores de drenagens, com topos planos, na depressão do Paranoá e na bacia do rio Preto. Os Latossolos Vermelho-Amarelos ocorrem principalmente nas bordas de chapadas e divisores, em superfícies aplanaidas, abaixo dos topos da chapada da Contagem (Martins, 1998).

Segundo Embrapa (1999), a classe Latossolo Vermelho é definida como não hidromórfica, com horizonte A moderado e horizonte B latossólico, rico em sesquióxidos, de textura argilosa ou média. São solos espessos, álicos e fortemente ácidos, pouco férteis, com fraca distinção entre os horizontes. A vegetação associada é geralmente Cerrado e Cerradão.

A cor do horizonte Bw é a principal distinção entre os Latossolos Vermelhos e os Latossolos Vermelho-Amarelos.

A classe dos Cambissolos, que representam 31,0% da área do DF, ocorre preferencialmente nas vertentes das bacias dos rios Maranhão, Descoberto e São Bartolomeu e nas encostas com declividades mais elevadas, na depressão do Paranoá e na bacia do rio Preto (Martins, 2000). É uma classe constituída por solos pouco desenvolvidos, ou seja, possuem horizonte B incipiente, no qual alguns minerais primários e fragmentos líticos estão ainda presentes (Embrapa, 1978).

Para Martins (2000) as demais classes de solos que ocorrem no DF correspondem a 9,0% do total. São representadas por: Argissolos (4,0%), Chernossolos e Nitossolos (0,09%), Neossolos Flúvicos (0,1%), Solos Hidromórficos indiscriminados (4,1%), Neossolos Quartzarênicos e Neossolos Flúvicos (0,5%) e Plintossolos. O restante da área é representado por superfícies aquáticas e áreas urbanas (5,4%).

Para o autor, os Argissolos são típicos na bacia do rio Maranhão associados aos Chernossolos e Nitossolos. Os Neossolos Flúvicos ocorrem em porções restritas dos vales do rio Preto e Maranhão. Os Solos Hidromórficos são importantes ao longo de córregos pequenos e nascentes dos principais rios. A classe Neossolo Quartzarênico é típica do rebordo de chapadas, desenvolvida sobre quartzitos.

Na microbacia do Mestre D’Armas há o predomínio de Latossolos Vermelhos. Ocorrem, sudordinadamente, Latossolos Vermelho-Amarelos, Cambissolos, Neossolos

2.2.5 – Aptidão Agrícola das Terras

A microbacia do ribeirão Mestre D’Armas apresenta suas terras classificadas em dez classes de aptidão agrícola das terras, de acordo com Ramalho e Beek (1995).

A figura 4 apresenta o mapa de aptidão agrícola das terras da microbacia estudada. Nela, verifica-se a predominância da classe 2 (b)c, onde a aptidão agrícola é regular para lavouras com nível de manejo C e restrita para o nível de manejo B, inapta para o nível de manejo A. No entanto, ocorrem grandes áreas dispersas em toda a microbacia, com terras pertencentes à classe 5 (n), cuja aptidão agrícola é restrita para pastagem natural.

2.2.6 – Bacias Hidrográficas

O Distrito Federal é drenado por cursos d’água pertencentes a três importantes bacias hidrográficas brasileiras, São Francisco, Tocantins/Araguaia e Paraná (Ferrante et al., 2000).

A região hidrográfica do Paraná é de suma importância para o DF, uma vez que ocupa cerca de 62,5% da área total da rede de drenagem e onde estão localizadas as grandes áreas urbanas e as principais captações de água para o abastecimento público. As principais bacias hidrográficas do DF, pertencentes a esta região hidrográfica são: bacia do rio Descoberto, bacia do rio Corumbá, bacia do rio São Marcos e a bacia do rio São Bartolomeu, esta última formada pelos ribeirões Pipiripau, Mestre D’Armas, Sobradinho, Taboca, Papuda, Santana e rio Paranoá. A bacia do rio São Bartolomeu apresenta sua porção Norte inserida na área em estudo.

A figura 5 é apresenta os principais cursos d’água da microbacia do ribeirão Mestre D’Armas.

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2.3 – Sensoriamento Remoto e Sistemas de Informações Geográficas

No estudo da ocupação das terras na microbacia do ribeirão Mestre D’Armas, foi utilizada uma imagem de satélite LANDSAT ETM+, composição colorida em RGB das bandas 3, 4 e 5. Os softwares usados foram o ENVI 4.1 e o ArcGis 9.1.

2.3.1 – Correção Geométrica da Imagem de Satélite

O primeiro processamento realizado foi a correção geométrica da imagem LANDSAT, por meio do software ENVI 4.1, na função registro, utilizando o modelo polinomial de primeiro grau e método de reamostragem do vizinho mais próximo, usando como referência a base cartográfica de hidrografia e rodovias da base do CODEPLAN/SICAD (1991), escala 1:10.000.

2.3.2 – Recorte da Imagem de Satélite

A área da microbacia do ribeirão Mestre D’Armas, bem como as sub-microbacias de estudo, foram delimitadas por meio do software ArcGis 9.1, utilizando como base, curvas de nível e hidrografia extraídos das cartas planialtimétricas do Distrito Federal CODEPLAN/SICAD (1991), em escala 1:10.000. O limite de cada sub-microbacia foi realizado utilizando a localização do ponto de captação.

Com o arquivo vetorial do limite da área do ribeirão Mestre D’Armas, a imagem de satélite LANDSAT foi recortada no software ENVI 4.1, por intermédio de geração e aplicação de máscara. Já o recorte das sub-microbacias foi realizado no software ArcGis 9.1, após a inserção da imagem vetorizada e por meio da função clip, cada sub-microbacia foi recortada separadamente.

2.3.3 – Classificação Automatizada da Imagem de Satélite

Inicialmente, para auxiliar na escolha das classes de ocupação das terras, foi realizada uma interpretação visual da imagem, de maneira a identificar os diferentes alvos presentes na microbacia, bem como, para determinar a escala e a legenda do mapeamento de uso e ocupação das terras na microbacia do ribeirão Mestre D’Armas.

A legenda do mapeamento ou seja, as classes de uso e ocupação das terras foi feita com base em CORINE (1992).

A escala utilizada no mapeamento foi de 1:100.000. As classes definidas de uso e ocupação das terras foram as seguintes:

Mata de Galeria: formação arbórea alta e sempre verde, que ocorre ao longo de cursos d’água, as quais podem apresentar larguras variáveis em função das condições do ambiente natural, ou seja, solo, relevo e atividades antrópicas;

Cerrado: fitofisionomias do cerrado de porte alto, o cerrado sensu strict, e as matas mesofíticas e de encosta e vegetação natural de porte médio a baixo constituída por árvores e arbustos tortuosos;

Campo/pastagem: vegetação com predomínio do estrato herbáceo subarbustivo com no máximo 3 m de altura, principalmente espécies gramíneas, podendo ser plantada ou natural;

Reflorestamento: revegetação com predomínio das espécies de eucaliptos e pinus; Agricultura: culturas de ciclo anual e ou olerícolas como e terrenos com preparo de solo para cultivo;

Agricultura irrigada: culturas de ciclo anual, curto ou longo, com o uso de pivot central para irrigação;

Áreas Urbanas: áreas urbanizadas e estradas com ou/e sem revestimento asfáltico; Estabelecidas as classes de ocupação das terras na área de estudo, foi iniciado o processo de classificação automática das imagens de satélite utilizando a composição colorida com as bandas 3, 4 e 5 em RGB.

Utilizou-se a classificação supervisionada, ou seja, aquela que usa algoritmos cujo reconhecimento dos padrões espectrais se faz com base em amostras, fornecidas pelo analista ao sistema (Moreira, 2003).

Optou-se no estudo, pelo algoritmo Máxima Verossimilhança (MAXVER), que assume que um vetor de observação pertence à classe correspondente, se a probabilidade que associa este pixel à classe for maior que a probabilidade que associa o pixel a qualquer outra classe.

As amostras das classes previamente estabelecidas foram obtidas por meio do software ENVI 4.1, na função região de interesse (roi), com amostras de 800 a 1000 pixels para cada uma das classes.

Estabelecidas as regiões de interesse, iniciou-se o processo de classificação da imagem LANDSAT, por meio da função classificação/supervisionada/MAXVER.

Utilizando a função classificação/pós-classificação/clump, o problema de “pixels isolados” foi minimizado. O clump tem a função de aglutinar os pixels classificados.

2.3.4 – Edição e Vetorização da Imagem Classificada e Geração do Mapa de Uso e Ocupação das Terras

Após a classificação da imagem LANDSAT, foram realizadas campanhas de campo para a verificação da legenda preliminar adotada. Utilizando os dados de campo, foi realizado o processo de edição da classificação, por meio da extensão do software ENVI 4.1 ClassEdit, que permitiu a retirada de pontos discordantes e a eliminação de pontos menores do que a unidade mínima mapeável.

Concluído o processo de classificação, a imagem foi vetorizada no ENVI 4.1 e implementada no ArcGis 9.1. Por meio da extensão XTools/cálculo de área foi realizado o cálculo das áreas de cada classe de ocupação na microbacia do ribeirão mestre D’Armas e nas sub-microbacias e em seguida a elaboração dos mapas de ocupação das terras nas sub- microbacias em estudo no ano de 2003, que corresponde ao ano da imagem de satélite utilizada.

2.4 – Qualidade de Água

O estudo da qualidade da água, na microbacia do ribeirão Mestre D’Armas, foi realizado por meio da avaliação dos dados relativos ao monitoramento das características físicas, químicas e biológicas da água das seis captações para abastecimento público da Companhia de Saneamento Ambiental do Distrito Federal – CAESB, localizadas na área.

A aquisição desses dados foi obtida por meio da solicitação formal junto à CAESB, empresa responsável pelo abastecimento público de água e coleta de esgoto no DF.

Optou-se por utilizar os dados da CAESB por serem dados oficiais e que possibilitou o estudo de uma série temporal de dez anos (1996-2005).

2.4.1 – Seleção dos Parâmetros

A CAESB disponibilizou os resultados das análises físicas, químicas e biológicas dos seis pontos de captação de água, dos anos de 1996 a julho de 2005, e seus respectivos índices de qualidade de água.

Cada ponto de captação possui um monitoramento periódico que compreende análises físicas, químicas e biológicas da água. Os parâmetros utilizados neste trabalho foram selecionados em função da importância no estudo ambiental e que pudessem servir de indicadores para possíveis alterações no meio ambiente, decorrentes do tipo de ocupação das terras nas sub-microbacias em estudo.

Além disso, procurou-se trabalhar com parâmetros que possuíssem a série histórica completa. A CAESB analisa periodicamente 25 parâmetros de qualidade de água, porém nem todos possuem uma série histórica completa. Alguns passaram a ser monitorados apenas após a mudança na legislação como é o caso do nitrato, sulfato, entre outros.

Dessa forma, selecionou-se 8 (oito) parâmetros de qualidade de água, incluindo o Índice de Qualidade da Água. A turbidez foi o parâmetro físico selecionado. Os parâmetros químicos foram a amônia, o cloreto, a condutividade, o pH, a demanda química de oxigênio e coliformes fecais para o parâmetro biológico.

Além dos dados de monitoramento da qualidade da água nesses pontos de captação, foi solicitado à CAESB os dados referentes ao volume de chuva mensal precipitado entre os anos de 1996 a julho de 2005, registrados na estação pluviométrica denominado de “Contagem”, localizado na microbacia do ribeirão Mestre D’Armas. As informações acerca da precipitação, registradas nessa estação pluviométrica foram utilizadas no estudo nas seis captações avaliadas.

2.4.2 – Estrutura do Banco de Dados

O banco de dados contemplando os parâmetros de qualidade de água selecionados e os dados referentes à precipitação, foi primeiramente estruturado no software Excel.

Cada captação possui uma freqüência de análise mensal variada e da mesma forma há também uma variação no número de análises, também, por ano. Dessa maneira padronizou-se o estudo por meio do cálculo das médias aritméticas simples mensais dos resultados das análises de cada parâmetro, para cada captação.

2.4.3 – Tratamento dos Dados

Para a identificação e padronização da qualidade da água, utilizou-se o IQA. Este constitui uma ferramenta prática, de comunicação eficiente, obtida por meio da indexação das informações de diversos parâmetros ou variáveis analisadas.

Por meio da avaliação dos dados referentes ao Índice de Qualidade da Água, utilizado pela CAESB, calculado por meio de uma equação empírica aritmética simples, que utiliza os seguintes parâmetros e seus respectivos pesos: coliformes fecais (0,2), turbidez (0,15), cor (0,1), amônia (0,15), ferro (0,15), cloreto (0,1), pH (0,05) e demanda química de oxigênio - DQO (0,1), verificou-se que havia pouca variação ao longo dos dez anos, em cada captação em estudo.

Além disso, a série histórica completa compreendida entre o ano 1996 e julho de 2005, foi primeiramente avaliada expeditamente. Verificou-se que a avaliação de toda a série histórica seria dificultada em função do enorme volume de dados e para uma melhor visualização e tratamento dos dados, optou-se por reduzir a série histórica para quatro anos, dentro do intervalo inicial.

Dessa forma, optou-se por trabalhar com anos que possibilitassem representar corretamente a série histórica, compreendida entre os anos 1996 a julho de 2005. Assim, selecionou-se o ano 1996, que representa o dado mais remoto; o ano 2000 que representa dados intermediários da série histórica; 2003, pois a imagem LANDSAT utilizada no estudo corresponde a esse ano e 2005 por ser o dado mais recente.

Após a estruturação do banco de dados, com os dados dos 4 (quatro) anos em estudo